新材料是人類賴以生存的物質基礎，每一種新材料的出現和應用都會伴隨著現代科技的巨大飛躍。從現代科技史中不難看出，每一次重大的科技突破都在很大程度上依賴于相應新材料的發展。因此，新材料是現代科技發展的基礎，美國稱新材料為“科技發展的血肉”。新材料技術被稱為“發明之母”和“工業糧食”。

新材料產業的創新主體是美、日、歐等發達國家和地區，這些國家和地區擁有最多的大型跨國公司，在經濟實力、核心技術、R&D能力和市場份額上占據絕對優勢。其中，美國是全面領先的國家，日本的優勢在納米材料和電子信息材料領域，歐洲在結構材料、光學和光電材料領域優勢明顯。中國、韓國、俄羅斯緊隨其后，現在屬于世界第二梯隊。中國在半導體照明、稀土永磁材料和人工晶體材料方面具有比較優勢，韓國在顯示材料和存儲材料方面具有比較優勢，俄羅斯在航天材料方面具有比較優勢。從新材料市場來看， 北美和歐洲擁有目前全球最大的新材料市場，市場相對成熟，而在亞太地區，新材料市場正處于快速發展階段。從宏觀角度來看，全球新材料市場的重心正逐漸向亞洲轉移。

新材料哪個國家更強？

01

美利堅合眾國

美國是世界新材料領域的重要領導者。北大數字中國研究院副院長曾認為，美國在新能源、新材料、生命工程方面的技術水平遠遠領先于世界其他國家。

值得一提的是，美國曾將新材料列為影響經濟繁榮和國家安全的六大關鍵技術之首。在確定的22項關鍵技術中，材料占5項(即材料的合成與加工、電子與光電材料、陶瓷、復合材料、高性能金屬及合金)。美國新材料發展的特點是國防部和NASA的大規模研發計劃，主要以國防采購合同的形式推動和保障大學、科研機構和企業的新材料研發。

早在2011年，美國總統奧巴馬就宣布了一項超過5億美元的“促進制造業伙伴關系”計劃，通過政府、大學和企業的合作來加強美國制造業。投資超過1億美元的“材料基因組計劃”就是其中的一個組成部分?！安牧匣蚪M計劃”意在通過新材料開發周期中各階段團隊的合作，加強“產學研”，注重實驗技術、計算技術、數據庫之間的合作與共享。目標是將新材料的開發周期減半，成本降至現有的幾分之一，以加速美國在清潔能源、國家安全、人類健康和福祉以及下一代勞動力培訓方面的進步， 提高美國在新材料領域的國際競爭力。

美國以生物材料、信息材料、納米材料、極端環境材料和材料計算科學為主要前沿研究領域，支持生命科學、信息技術、環境科學和納米技術的發展，特別是滿足國防、能源、電子信息等重要部門和領域的需求。

由此，美國制定了一系列與新材料相關的戰略計劃，包括:21世紀國家納米計劃、國家納米技術計劃(NNI)、未來工業材料計劃、光伏計劃、下一代照明光源計劃、先進汽車材料計劃、化石能源材料計劃、建筑材料計劃、NSF先進材料與工藝計劃。美國在新材料科技發展方面取得了巨大進步。

比如，在戰略新材料計劃下，早在2011年1月，美國科學家就研制出了一種由超媒體材料制成的“隱聲服”，無法被聲納探測到；3月，高效儲氫納米復合材料問世；6月，“誘導”聚合物擬肽鏈自組裝成納米繩，自組裝納米繩的性能不遜于天然材料；9月，基于鐿研制出一種奇怪的新超導體，在自然狀態下可以達到“量子臨界點”；11月，研制的超黑材料可以吸收幾乎所有照射在上面的光線，吸收率超過99%；在同一個月，新開發的輕質材料，其能量吸收性能類似于人造橡膠，比聚苯乙烯泡沫輕100倍。

美國在全世界有許多新材料巨頭:例如，?？松梨?、道化學、杜邦、3M、美國鋁業、美國鋼鐵、PPGIndustries、AirProductsChemicals、EastmanChemical、康寧等公司。

美國也有世界頂尖的新材料高等學府:比如著名的西北大學、麻省理工學院(材料科學與工程學院的課程排名第一)、伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校(由最早成立于1867年的陶瓷系、冶金系和礦業系合并而成；專業分生物材料、電子材料等六個方向；美國的材料專業常年排名前三。)、加州大學伯克利分校、斯坦福大學(世界優秀大學之一)、加州大學圣巴巴拉分校(學術聲譽非常高的研究型公立大學)等。

美國擁有大量的研究機構和領先的實驗室:例如橡樹嶺國家實驗室、阿貢國家實驗室、艾姆斯實驗室等17個科研實力世界第一的國家實驗室；杜邦、波音、IBM等13家頂尖技術研發公司的實驗室；以及麻省理工學院、哈佛大學等180所大學。

02

日本

日本是一個新材料生產技術先進的國家。日本政府非常重視新材料技術的發展，把發展新材料列為國家高技術的第二大目標。因此，日本材料企業在全球新材料行業形成了“一枝獨秀”的局面。

日本的機械制造業長期保持世界先進水平，與其發達的材料工業是分不開的。例如，日本的新材料產業憑借其先進的R&D優勢、先進的R&D成果和實際發展，在世界環境和新能源材料市場占據絕對領先地位。

日本新材料巨頭:比如享譽世界的京瓷株式會社；三菱化學等。

日本也有世界知名的頂尖大學，比如著名的東京大學。東京大學培養了16位首相，21位(日本)國會議長，13位世界500強企業首席執行官。11位諾貝爾獎獲得者，6位沃爾夫獎獲得者，1位菲爾茲獎獲得者，3位羅布·科霍獎獲得者，4位蓋爾德納國際獎獲得者，4位普利茲克建筑獎獲得者。和日本名古屋大學。是日本頂尖、世界一流的研究型國立綜合大學，也是日本中部的最高學府。名古屋大學培養了六位諾貝爾獎獲得者和一位菲爾茲獎獲得者。

日本在新材料領域遙遙領先于其他國家。比如用于制造洲際彈道導彈噴管和外殼、飛機骨架的高強度碳纖維材料，用于全球高性能有源相控陣軍用雷達的寬帶隙半導體收發組件，用于制造新型渦輪發動機渦輪葉片的高性能單晶葉片，日本在這三大高精尖材料領域遙遙領先于其他國家。

此外，日本的碳纖維材料也處于領先地位。全球碳纖維廠商中，日本有東麗、東邦、三菱三家頂尖公司，都代表著高科技水平。據悉，在碳纖維有機復合材料領域，前蘇聯國家石墨結構材料研究所、前蘇聯聚合物纖維研究所和全俄航空材料研究所可生產抗拉強度為2500-3000 MPa、拉伸模量為250GPa的高強度碳纖維，以及模量為400-600 GPA的高模量碳纖維。特別是后期開發了4000-5000 MPa的中模量碳纖維。盡管如此，俄羅斯碳纖維產品的性能和水平仍然沒有超過日本的技術水平。

03

德國

德國的新材料產業得到了全世界的認可和好評。2012年6月，德國啟動了長期研究項目“納米材料的安全性”，旨在了解各種納米材料對周圍環境可能產生的影響，通過定量的方法對納米材料進行安全風險評估。2012年11月，德國啟動了“原材料經濟戰略”科研項目，旨在開發能夠高效利用和回收原材料的特殊工藝，加強稀土、銦、鎵和鉑族金屬的回收利用。

值得一提的是，2013年4月，德國發布了白皮書《關于實施工業4.0戰略的建議》。之后，德國將“工業4.0”項目納入“高科技戰略2020”未來10大項目，推動以智能制造、互聯網、新能源、新材料、現代生物為特征的新工業革命。德國企業界普遍認為，確保并擴大其在材料研發領域的領先地位是其在國際競爭中取得成功的關鍵。2016年3月，德國發布的《數字化戰略2025》確定了實現數字化轉型的步驟和具體實施措施，其中重點支柱項目包括工業3D打印。

04

不列顛，英國

英國是世界上傳統的新物質大國之一。英國HenryRoyceInstitute由9個先進材料研究機構組成，與劍橋大學物理研究所和制造研究所共同確定了5個綠色技術“路線圖”，描述了如何在關鍵材料領域減少溫室氣體排放。具體包括:

光伏系統的材料，這將增加太陽能電池板的發電量。

制氫和化工原料低碳工藝用材料。

熱電能量轉換材料主要用于供熱、制冷和空調系統。

熱轉換材料可以避免在加熱和制冷系統中使用碳。

用于電子設備的低損耗材料可以使電子設備和計算更加節能。

研究人員還提出了一系列建議，包括呼吁增加對材料研究和測試設施的投資，制定新的法律以確保采用新的綠色技術，并將可持續發展作為任何新的先進材料的核心。

05

中國

中國是全球新材料產業領先的國家，產業規模約2萬億元。我國在金屬材料、紡織材料、化工材料等傳統領域有著良好的基礎，稀土功能材料、先進儲能材料、光伏材料、有機硅、超硬材料、特種不銹鋼、玻璃纖維及其復合材料等產能居世界前列。經過幾十年的奮斗，我國新材料產業從無到有，在體系建設、產業規模和技術進步等方面取得了顯著成就，為國民經濟和國防建設做出了巨大貢獻，具有良好的發展基礎。預計到2025年，我國新材料產值有望突破10萬億元。

我國在一些先進基礎材料、關鍵戰略材料、前沿新材料等方面實現了與國際先進水平的“并駕齊驅”甚至“領先”。比如，在關鍵戰略物資方面，SMIC實現了七大耗材中六類物資的國內采購；南山集團鋁合金厚板通過波音公司認證，簽訂供貨合同；與傳統電機相比，CSIC兆瓦級稀土永磁電機體積小50%，重量輕40%。液態金屬在3D打印、柔性智能機器、血管機器人等領域實現了初步應用。

中國的石墨烯技術處于世界領先水平。2017世界石墨烯創新大會在中國常州召開，標志著中國石墨烯技術開始引領世界。值得一提的是，石墨烯材料最早是由英國科學家發現的。石墨烯是世界上最薄最硬的材料，被譽為“黑金”和“新材料之王”。據悉，石墨烯的厚度可以達到頭發的1/20萬，強度是鋼的200倍?？茖W家預測，石墨烯將是21世紀最重要的新材料，市場應用前景不可估量。石墨烯技術已被世界上許多國家列為優先發展的材料技術。雖然中國接觸石墨烯技術才幾年，但是發展勢頭很猛，中國有巨大的潛在市場。

我國人工晶體材料經過多年發展，偏硼酸鋇、三硼酸鋰等紫外非線性光學晶體研究達到國際領先水平并實現產業化；激光晶體和太陽能電池關鍵技術指標達到國際先進水平，光伏發電成本降至1元/千瓦時以下。

中國擁有世界上最完整的液態金屬產業鏈。從原材料到制造，從專利到技術，中國已經可以大規模生產Zr基非晶合金，尤其是在塊體成形技術上，中國已經掌握了液態金屬的核心技術。值得一提的是，中國的材料配方、裝備制造、成型技術等三大核心技術均擁有自主知識產權，也是世界上唯一可以宣布具備形成大塊非晶金屬能力的國家。

06

俄羅斯

俄羅斯是傳統制造業大國，在新材料等新興產業的技術創新方面具有獨特優勢。值得一提的是，俄羅斯在航空航天、能源材料、化工新材料等領域處于領先地位。據了解，俄羅斯國立科技大學的材料科學家研發出一種氰化鉿陶瓷，理論上可以承受4200攝氏度的高溫。在此之前，世界上公認的最耐高溫、最難熔化的人造物質是碳化鉭鉿。此外，俄羅斯SHS(自蔓延燃燒技術)合成的化合物多達700種，居世界領先地位。

俄羅斯研發新材料的戰略目標是:一方面，力爭在一些材料領域保持世界領先地位，如航空航天、能源工業、化學工業、金屬材料、超導材料、高分子材料等。另一方面，大力發展對促進國民經濟發展和提高國防實力有影響的領域，如電子信息產業、通信設施和計算機產業。

俄羅斯一直把與新材料相關的科技產業作為國家戰略和國民經濟的主導產業。如俄羅斯2012年4月公布的《到2030年材料與技術發展戰略》中，將18項重點材料戰略列為發展方向，包括智能材料、金屬間化合物、納米材料與涂層、單晶耐熱超級合金、含鈮復合材料等。同時，俄羅斯還制定了新材料產業主要應用領域的發展戰略。此外，俄羅斯科學院2015年發布的《至2030年科技發展預測》將7項技術列為科技優先發展方向，分別是信息和通信技術、生物技術、醫療和安全、新材料和納米技術、 自然資源的合理利用、運輸和航天系統、能源效率和節能等。

07

韓國

韓國是新材料的世界級強國之一。2020年10月，三星先進技術研究院EunjooJang團隊報道了一種無鎘藍光ZnTeSe/ZnSe/ZnS量子點的合成，量產率100%。該器件顯示EQE高達20.2%，亮度為88，900 CDM-2，100 cm-2時T50 = 15，850 h，這是迄今為止世界上報道的藍色QD LED的最高值。

韓國早在2001年就成為世界第五大材料出口國，并推出“快速跟隨”戰略，希望躋身前四。在“快速跟隨”戰略的推動下，韓國企業在原材料行業逐漸超越發達國家。韓國在2001年成為世界第五大材料出口國。當年，材料行業占韓國出口總額的45%以上，2015年達到68%。

韓國一直處于新材料研發的核心陣營。例如在韓國，石墨烯被廣泛應用于太陽能電池、半導體、透明面板、發光材料等不同領域。雖然石墨烯最早是由外國科學家發明的，但韓國是石墨烯產業研究和創新的“最早演員”之一。2016年，韓國已經成為石墨烯專利數量最多的國家:韓國三星擁有225項專利，LG擁有180項專利，成均館大學擁有147項專利，韓國科學技術院(KAIST)擁有129項專利，首爾國立大學擁有78項專利。

值得一提的是，在2013年發布的《第三次科學技術基本計劃》中，韓國政府提出在5個領域推進120項國家戰略技術的開發，包括先進技術材料、知識和信息安全技術、大數據應用技術等30項關鍵技術。